Kiuj materialoj estas en litiojona baterio?

Pintnivelaj katodmaterialoj inkluzivas litiajn metalajn oksidojn [kiel ekzemple LiCoO ₂ , LiMn ₂ O ₄ , kaj Li(NixMnyCoz)O ₂ ], vanadiooksidoj, olivinoj (kiel LiFePO ₄ ), kaj reŝargeblaj litiooksidoj. ^11,12 Tavoligitaj oksidoj enhavantaj kobalton kaj nikelon estas la plej studitaj materialoj por litiojonaj baterioj.Ili montras altan stabilecon en la alttensia gamo sed kobalto havas limigitan haveblecon en naturo kaj estas toksa, kio estas enorma malavantaĝo por amasproduktado.Mangano ofertas malaltkostan anstataŭigon kun alta termika sojlo kaj bonegaj kurzkapabloj sed limigita bicikla konduto.Tial miksaĵoj de kobalto, nikelo kaj mangano estas ofte uzataj por kombini la plej bonajn ecojn kaj minimumigi la malavantaĝojn.Vanadiooksidoj havas grandan kapaciton kaj bonegan kinetikon.Tamen, pro litia enmeto kaj eltiro, la materialo tendencas fariĝi amorfa, kio limigas la biciklan konduton.Olivinoj estas netoksaj kaj havas moderan kapaciton kun malalta fado pro biciklado, sed ilia kondukteco estas malalta.Metodoj por kovri la materialon estis lanĉitaj, kiuj kompensas la malbonan konduktivecon, sed ĝi aldonas iujn pretigajn kostojn al la baterio.

Anodaj Materialoj

Anodaj materialoj estas litio, grafito, litio-alojaj materialoj, intermetaloj aŭ silicio. ¹¹ Litio ŝajnas esti la plej rekta materialo sed montras problemojn kun bicikla konduto kaj dendrita kresko, kiu kreas mallongajn cirkvitojn.Karbonacaj anodoj estas la plej utiligita anoda materialo pro sia malalta kosto kaj havebleco.Tamen, la teoria kapacito (372 mAh/g) estas malbona kompare kun la ŝarĝodenseco de litio (3,862 mAh/g).Kelkaj klopodoj kun novaj grafitaj varioj kaj karbonaj nanotuboj provis pliigi la kapaciton sed venis kun la prezo de altaj pretigaj kostoj.Alojanodoj kaj intermetalaj kunmetaĵoj havas altajn kapacitojn sed ankaŭ montras dramecan volumenŝanĝon, rezultigante malbonan bicikladkonduton.Klopodoj estis faritaj por venki la volumenoŝanĝon uzante nanokristalajn materialojn kaj havante la alojfazon (kun Al, Bi, Mg, Sb, Sn, Zn, kaj aliaj) en nealoja stabiligmatrico (kun Co, Cu, Fe, aŭ Ni).Silicio havas ekstreme altan kapaciton de 4,199 mAh/g, korespondante kun konsisto de Si ₅ Li ₂₂ .Tamen, bicikla konduto estas malbona, kaj kapacito forvelkanta ankoraŭ ne komprenita.

Elektrolitoj

Sekura kaj longdaŭra kuirilaro bezonas fortikan elektroliton, kiu povas elteni ekzistantan tension kaj altajn temperaturojn kaj kiu havas longan konserveblan vivdaŭron dum ĝi ofertas altan moveblecon por litiojonoj.Tipoj inkluzivas likvajn, polimerojn kaj solidsubstantajn elektrolitojn. ¹¹ Likvaj elektrolitoj estas plejparte organikaj, solventbazitaj elektrolitoj enhavantaj LiBC ₄ O ₈ (LiBOB), LiPF ₆ , Li[PF ₃ (C ₂ F ₅ ) ₃ ], aŭ simile.La plej grava konsidero estas ilia flamiĝemo;la plej bonaj solviloj havas malaltajn bolpunktojn kaj havas flampunktojn ĉirkaŭ 30 °C.Tial, vento aŭ eksplodo de la ĉelo kaj poste la baterio prezentas danĝeron.Elektrolita putriĝo kaj tre eksotermaj flankaj reagoj en litio-jonaj baterioj povas krei efikon konatan kiel "termika forkuro".Tiel, elekto de elektrolito ofte implikas avantaĝinterŝanĝon inter brulemo kaj elektrokemia efikeco.

Apartigiloj havas enkonstruitajn termikan haltmekanismojn, kaj kromaj eksteraj sofistikaj termikaj administradsistemoj estas aldonitaj al la moduloj kaj bateripakaĵoj.Jonaj likvaĵoj estas konsiderataj pro sia termika stabileco sed havas gravajn malavantaĝojn, kiel ekzemple litiodissolvo el la anodo.

Polimerelektrolitoj estas jone konduktaj polimeroj.Ili ofte estas miksitaj en kunmetaĵoj kun ceramikaj nanopartikloj, rezultigante pli altajn konduktivecojn kaj reziston al pli altaj tensioj.Krome, pro sia alta viskozeco kaj kvazaŭ-solida konduto, polimerelektrolitoj povus malhelpi litiajn dendritojn kreski. ¹³ kaj povus tial esti uzata kun litiaj metalaj anodoj.

Solidaj elektrolitoj estas litiojonaj konduktaj kristaloj kaj ceramikaj glasoj.Ili montras tre malbonan malalt-temperaturan agadon ĉar la litia moviĝeblo en la solido estas tre reduktita ĉe malaltaj temperaturoj.Krome, solidaj elektrolitoj bezonas specialajn demetkondiĉojn kaj temperaturtraktadojn por akiri akcepteblan konduton, igante ilin ekstreme multekostaj en uzo, kvankam ili eliminas la bezonon de apartigiloj kaj la riskon de termika forkuriĝo.

Apartigiloj

Bona revizio de apartigmaterialoj kaj bezonoj estas provizita de P. Arora kaj Z. Zhang. ¹⁴ Kiel ĝia nomo sugestas, la bateripartigilo disigas la du elektrodojn fizike unu de la alia, tiel evitante fuŝkontakton.En la kazo de likva elektrolito, la apartigilo estas ŝaŭma materialo kiu estas trempita kun la elektrolito kaj tenas ĝin modloko.Ĝi devas esti elektronika izolilo havante minimuman elektrolitreziston, maksimuman mekanikan stabilecon, kaj kemian reziston al degenero en la tre elektrokemie aktiva medio.Krome, la apartigilo ofte havas sekurecan funkcion, nomatan "termika haltigo;"ĉe altaj temperaturoj, ĝi fandas aŭ fermas siajn porojn por fermi la litijonan transporton sen perdi sian mekanikan stabilecon.Apartigiloj estas aŭ sintezitaj en tukoj kaj kunvenitaj per la elektrodoj aŭ deponitaj sur unu elektrodo surloke.Costwise, ĉi-lasta estas la preferinda metodo sed prezentas iun alian sintezon, pritraktadon, kaj mekanikajn problemojn.Solidsubstancaj elektrolitoj kaj kelkaj polimerelektrolitoj bezonas neniun apartigilon.